(57)【要約】【課題】ステータの変形を抑制することが可能な回転電機を提供する。【解決手段】回転電機２２００は、電磁鋼板を積層してなるステータ２２１０を有する。電磁鋼板の弾性率の高い方向と、ステータ２２１０の最大変形方向とを一致させる。【選択図】図２
2010284063.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁鋼板を積層してなるステータを備えた回転電機であって、
前記電磁鋼板の弾性率の最も高い方向と、前記ステータの最大変形方向とが一致している、回転電機。
【請求項２】
複数の積層された前記電磁鋼板の強度異方性の組合せによって前記ステータの変形量が調整される、請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
前記回転電機はインホイールモータに用いられている、請求項１または２に記載の回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、回転電機に関し、より特定的には、電磁鋼板を積層してなるステータを有する回転電機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、回転電機は、たとえば特開２００５−３２９９０８号公報（特許文献１）に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３２９９０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の技術では、ステータに大きな荷重が加わると、ステータが変形しやすいという問題があった。
【０００５】
そこで、この発明は上述のような問題点を解決するためになされたものであり、簡単な構造でステータの変形を抑制することが可能な回転電機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に従った回転電機は、電磁鋼板を積層してなるステータを備え、電磁鋼板の弾性率の最も高い方向と、ステータの最大変形方向とを一致させる。
【０００７】
このように構成された回転電機では、電磁鋼板の弾性率の高い方向と、ステータの最大変形方向とが一致しているため、弾性率の高い方向に変形しようとする。その結果、ステータの変形を簡単な構成で抑制することができる。
【０００８】
好ましくは、複数の積層された電磁鋼板の強度異方性の組合せによってステータの変形量が調整される。この場合、設計自由度が拡大する。
【０００９】
より好ましくは、回転電機はインホイールモータに用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態１に従って回転電機が用いられる車両の電気回路を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態１に従った車両で用いられる回転電機の構成を説明するための平面図である。
【図３】この発明の実施の形態１に従ったステータで用いられる電磁鋼板の製造方法を説明するための図である。
【図４】この発明の実施の形態１に従った回転電機で用いられる、電磁鋼板を積層したステータの斜視図である。
【図５】この発明の実施の形態２に従った車両で用いられる回転電機の構成を説明するための平面図である。
【図６】この発明の実施の形態２に従った回転電機で用いられる、電磁鋼板を積層したステータの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の実施の形態では同一または相当する部分については同一の参照符号を付し、その説明については繰返さない。また、各実施の形態を組合せることも可能である。
【００１２】
（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１に従って回転電機が用いられる車両の電気回路を示す図である。図１では、この発明に従った車輌に搭載される回転電機を駆動させるための電気回路をしている。図１を参照して、ＰＣＵ（パワーコントロールユニット）２７００は、コンバータ２７１０と、インバータ２７２０と、制御装置２７３０と、コンデンサＣ１，Ｃ２と、電源ラインＰＬ１〜ＰＬ３と、出力ライン２７４０Ｕ，２７４０Ｖ，２７４０Ｗとを含む。コンバータ２７１０は、バッテリ３０００とインバータ２７２０の間に接続され、インバータ２７２０は、出力ライン２７４０Ｕ，２７４０Ｖ，２７４０Ｗを介して回転電機２２００と接続される。
【００１３】
コンバータ２７１０に接続されるバッテリ３０００は、たとえばニッケル水素やリチウムイオン等の二次電池である。バッテリ３０００は、発生した直流電圧をコンバータ２７１０に供給し、また、コンバータ２７１０から受ける直流電圧によって充電される。
【００１４】
コンバータ２７１０は、パワートランジスタＱ１，Ｑ２とダイオードＤ１，Ｄ２と、リアクトルＬとからなる。パワートランジスタＱ１，Ｑ２は、電源ラインＰＬ２，ＰＬ３間
に直列に接続され、制御装置２７３０からの制御信号をベースに受取る。ダイオードＤ１，Ｄ２は、それぞれパワートランジスタＱ１，Ｑ２のエミッタ側からコレクタ側へ電流を流すようにパワートランジスタＱ１，Ｑ２のコレクタ−エミッタ間にそれぞれ接続される。リアクトルＬは、バッテリ３０００の正極と接続される電源ラインＰＬ１に一端が接続され、パワートランジスタＱ１，Ｑ２の接続点に他端が接続される。
【００１５】
このコンバータ２７１０は、リアクトルＬを用いてバッテリ３０００から受ける直流電圧を昇圧し、その昇圧した昇圧電圧を電源ラインＰＬ２に供給する。また、コンバータ２７１０は、インバータ２７２０から受ける直流電圧を降圧してバッテリ３０００を充電する。
【００１６】
インバータ２７２０は、Ｕ相アーム２７５０Ｕ、Ｖ相アーム２７５０ＶおよびＷ相アーム２７５０Ｗからなる。各相アームは、電源ラインＰＬ２，ＰＬ３間に並列に接続される。Ｕ相アーム２７５０Ｕは、直列に接続されたパワートランジスタＱ３，Ｑ４を含み、Ｖ相アーム２７５０Ｖは、直列に接続されたパワートランジスタＱ５，Ｑ６を含み、Ｗ相アーム２７５０Ｗは、直列に接続されたパワートランジスタＱ７，Ｑ８を含む。ダイオードＤ３〜Ｄ８は、それぞれパワートランジスタＱ３〜Ｑ８のエミッタ側からコレクタ側へ電流を流すようにパワートランジスタＱ３〜Ｑ８のコレクタ−エミッタ間にそれぞれ接続される。そして、各相アームにおける各パワートランジスタの接続点は、出力ライン２７４０Ｕ，２７４０Ｖ，２７４０Ｗを介してモータジェネレータとしての回転電機２２００の各相コイルの反中性点側にそれぞれ接続されている。
【００１７】
インバータ２７２０は、制御装置２７３０からの制御信号に基づいて、電源ラインＰＬ２から受ける直流電圧を交流電圧に変換して回転電機２２００へ出力する。また、インバータ２７２０は、回転電機２２００によって発電された交流電圧を直流電圧に整流して電源ラインＰＬ２に供給する。
【００１８】
コンデンサＣ１は、電源ラインＰＬ１，ＰＬ３間に接続され、電源ラインＰＬ１の電圧レベルを平滑化する。また、コンデンサＣ２は、電源ラインＰＬ２，ＰＬ３間に接続され、電源ラインＰＬ２の電圧レベルを平滑化する。
【００１９】
制御装置２７３０は、モータトルク指令値、回転電機２２００の各相電流値、およびインバータ２７２０の入力電圧に基づいて回転電機２２００の各相コイル電圧を演算し、その演算結果に基づいてパワートランジスタＱ３〜Ｑ８をオン／オフするＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号を生成してインバータ２７２０へ出力する。
【００２０】
また、制御装置２７３０は、上述したモータトルク指令値およびモータ回転数に基づいてインバータ２７２０の入力電圧を最適化するためのパワートランジスタＱ１，Ｑ２のデューティ比を演算し、その演算結果に基づいてパワートランジスタＱ１，Ｑ２をオン／オフするＰＷＭ信号を生成してコンバータ２７１０へ出力する。
【００２１】
さらに、制御装置２７３０は、回転電機２２００によって発電された交流電力を直流電力に変換してバッテリ３０００を充電するため、コンバータ２７１０およびインバータ２７２０におけるパワートランジスタＱ１〜Ｑ８のスイッチング動作を制御する。
【００２２】
ＰＣＵ２７００においては、コンバータ２７１０は、制御装置２７３０からの制御信号に基づいて、バッテリ３０００から受ける直流電圧を昇圧して電源ラインＰＬ２に供給する。そして、インバータ２７２０は、コンデンサＣ２によって平滑化された直流電圧を電源ラインＰＬ２から受け、その受けた直流電圧を交流電圧に変換して回転電機２２００へ出力する。
【００２３】
また、インバータ２７２０は、回転電機２２００の回生動作によって発電された交流電圧を直流電圧に変換して電源ラインＰＬ２へ出力する。そして、コンバータ２７１０は、コンデンサＣ２によって平滑化された直流電圧を電源ラインＰＬ２から受け、その受けた直流電圧を降圧してバッテリ３０００を充電する。
【００２４】
図２は、この発明の実施の形態１に従った車両で用いられる回転電機の構成を説明するための平面図である。図２を参照して、回転電機２２００は、ロアアーム３３１０とアッパーアーム３３２０に保持されており、インホイールモータを構成している。回転電機２２００の中心に位置するロータ２２２０はシャフト２２４０に固定されており、シャフト２２４０とともにロータ２２２０が回転する。シャフト２２４０はドライブシャフトと接続されており、シャフト２２４０が車輪を駆動させる。
【００２５】
ロータ２２２０の外周側にステータ２２１０が位置している。ステータ２２１０は分布巻きおよび集中巻きのいずれであってもよい。ステータ２２１０は電磁鋼板を積層することで構成される。図２中の「Ｈ」は、垂直方向、「Ｌ」は水平方向（車両の全長方向）、「Ｗ」は車両の幅方向を示している。ステータ２２１０にはティース２２１１とスロット２２１２とが設けられており、ティース２２１１に巻かれたコイルがスロット２２１２に嵌め合わせられる。
【００２６】
ステータ２２１０は円筒形状であり、その外周部がロアアーム３３１０およびアッパーアーム３３２０により保持される。この実施の形態では、回転電機２２００をロアアーム３３１０およびアッパーアーム３３２０で保持する構成を示しているが、これに限られず、さまざまな形式のサスペンションを用いて回転電機２２００を保持することができる。また、回転電機２２００をサスペンションで保持するのではなく、シャーシに直接接合することも可能である。
【００２７】
さらに、回転電機２２００は、操舵輪および非操舵輪のいずれに用いられてもよい。
ステータ２２１０を構成する電磁鋼板は、圧延により形成される。このときの圧延方向と、電磁鋼板の弾性率（ヤング率）とが関係を有しており、圧延方向に対して４５°の方向が最もヤング率が大きい方向となる。圧延方向に対して４５°の方向でのヤング率を１００としたときに、圧延方向に対して０°の方向のヤング率はたとえば８５、圧延方向に対して９０°の方向でのヤング率は９０程度となる。この比率は、電磁鋼板を構成する鉄合金の材料によって異なるが、圧延方向に対して特定の角度をなす方向で材料の弾性率が最も大きくなることは共通している。図２において、矢印３０００ｂで示す方向が圧延方向に対して０°の方向、矢印３０４５で示す方向が、圧延方向に対して４５°角度をなす方向、図２中の矢印３０９０が、圧延方向に対して角度９０°をなす方向である。この実施の形態では、圧延方向に対して４５°の角度をなす方向（矢印３０４５で示す方向）が最も電磁鋼板のヤング率の大きい方向であるため、最大変形箇所３５００上をこの矢印３０４５で示す方向が交差するようにステータ２２１０の電磁鋼板を配置する。これにより、ステータ２２１０に矢印３０４５で示す方向の荷重が大きく加わったとしても、最大変形箇所３５００の変形を抑制することができる。
【００２８】
図２において、「Ｈ」で示す方向が鉛直方向であり、ステータ２２１０の鉛直方向上側に大きな荷重が加わる。この荷重は、車両の重量に起因するものである。そして、最大変形箇所３５００が最も荷重が加わる部分である。この最大変形箇所３５００は、サスペンションの取付方法、キングピンの取付方法などにより最大変形箇所３５００の位置が変化する。
【００２９】
図３は、この発明の実施の形態１に従ったステータで用いられる電磁鋼板の製造方法を説明するための図である。図３を参照して、電磁鋼板となる原材料３１００は、ローラ３１１０による圧延加工が施されて圧延板３２００となる。このときの材料が流れる方向、すなわち矢印３０００ｂで示す方向が圧延方向である。圧延板３２００は矢印３０００ｂで示す方向に圧延されて、この方向に変形しやすい構成とされている。
【００３０】
図４は、この発明の実施の形態１に従った回転電機で用いられる、電磁鋼板を積層したステータの斜視図である。図４を参照して、この実施の形態に従った回転電機で用いられるステータ２２１０は、複数枚の電磁鋼板２２１０ｂを積層することで構成されている。電磁鋼板２２１０ｂの積層の枚数は適宜変更することが可能である。各々の電磁鋼板２２１０ｂには、ティース２２１１とスロット２２１２とが設けられており、ティース２２１１とスロット２２１２とがコイルを保持する。
【００３１】
すなわち、実施の形態１に従った回転電機２２００は、電磁鋼板２２１０ｂを積層してなるステータ２２１０を備える。電磁鋼板２２１０ｂの弾性率の高い方向（矢印３０４５で示す圧延方向と４５°の角度をなす方向）と、ステータ２２１０の最大変形方向とを一致させている。この場合、最大変形箇所３５００において、ステータ２２１０とヒートパイプ等が緩衝することがないため、ヒートパイプの破損を防止できる。
【００３２】
さらに、ステータ２２１０およびヒートパイプ周りの流量を確保することができる。具体的には、インホイールモータなど搭載スペースが少ない場合、冷媒量を極力少なくするためには、流路を細くし、強制圧そうにて流速を上げることで冷却量を向上させている。したがって、変形によるわずかな流路変化でも冷却効果が変化するため、このような対策が有効となる。
【００３３】
ステータ２２１０はナックルハウジング３６１０によって保持されている。ナックルハウジング３６１０には、冷却用のヒートパイプ３６０１，３６０２，３６０３，３６０４が設けられている。
【００３４】
車両走行時に、石畳または段差への乗り上げ等の悪路走行では回転電機２２００およびナックルハウジング３６１０に過酷な加速度が生じる。これにより、ナックルハウジング３６１０と回転電機２２００のステータ２２１０とが緩衝し、ステータ２２１０およびヒートパイプ３６０１，３６０２，３６０３，３６０４が破損するおそれがある。また、ナックルハウジング３６１０と、ステータ２２１０、ヒートパイプ３６０１，３６０２，３６０３，３６０４との隙間には、冷却（熱輸送）のために、冷媒を流しているが、冷却路の変形によって冷却性能が低下する可能性がある。すなわち、ナックルハウジング３６１０とステータ２２１０との境界付近で点線で示す方向に冷媒が流れるように流路が設けられる。しかしながら、ステータ２２１０が大きく変形すると、この流路を圧縮し冷却性能が低下する可能性がある。
【００３５】
この発明に従えば、ステータ２２１０において、最大変形箇所３５００方向を最も弾性率の大きな構成としているため、変形を抑制でき、上述のような問題を解決することができる。
【００３６】
（実施の形態２）
図５は、この発明の実施の形態２に従った車両で用いられる回転電機の構成を説明するための平面図である。図６は、この発明の実施の形態２に従った回転電機で用いられる、電磁鋼板を積層したステータの斜視図である。図５および図６を参照して、この発明の実施の形態２に従った回転電機２２００では、複数の電磁鋼板２２１０ａ，２２１０ｂ，２２１０ｃにおいて、最も弾性率の大きい方向が異なり、これらを適宜組合せることで、さまざまな方向に対して変形しにくいステータ２２１０を形成している。図６で示すように、ステータ２２１０を構成する電磁鋼板２２１０ａ，２２１０ｂ，２２１０ｃでは、それぞれ圧延方向に対して４５°の角度をなす方向が最も弾性率の大きな方向である。その方向は、図５で示される。具体的には、矢印３０００ａで示す方向が、電磁鋼板２２１０ａにおいて圧延方向と４５°の角度をなす方向であり、図５中の矢印３０００ｂで示す方向が、電磁鋼板２２１０ｂにおいて圧延方向と４５°の角度をなす方向であり、図５中の矢印３０００ｃで示す方向が、電磁鋼板２２１０ｃにおいて圧延方向と４５°の角度をなす方向である。
【００３７】
図６で示すように、積層厚み全体の４／１０の割合で電磁鋼板２２１０ａが積層され、積層厚み全体の５／１０の割合で電磁鋼板２２１０ｂが積層され、積層厚み全体の１／１０の割合で電磁鋼板２２１０ｃが積層されている。
【００３８】
すなわち、電磁鋼板２２１０ａ，２２１０ｂ，２２１０ｃの強度の異方性を組合せて、矢印３０００ａから矢印３０００ｃで囲まれた領域において弾性率を大きくし、この領域でのステータ２２１０の変形を小さくしている。
【００３９】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００４０】
２２１０  ステータ、２２１０ａ，２２１０ｂ，２２１０ｃ  電磁鋼板、２２１１  ティース、２２１２  スロット、２２２０  ロータ、２２４０  シャフト、２７１０  コンバータ、２７２０  インバータ、２７３０  制御装置、２７４０Ｕ，２７４０Ｖ，２７４０Ｗ  出力ライン、３０００  バッテリ、３１００  原材料、３１１０  ローラ、３２００  圧延板、３３１０  ロアアーム、３３２０  アッパーアーム、３５００  最大変形箇所、３６０１，３６０２，３６０３，３６０４  ヒートパイプ、３６１０  ナックルハウジング。
【図１】
2010284063.tif 000003
【図２】
2010284063.tif 000004
【図３】
2010284063.tif 000005
【図４】
2010284063.tif 000006
【図５】
2010284063.tif 000007
【図６】
2010284063.tif 000008